300MW汽輪機低壓缸抽汽溫度偏高的經濟性分析

李富云,嚴正波,沈發榮

(云南電力試驗研究院(集團）有限公司電力研究院,云南 昆明 650217）

300MW汽輪機低壓缸抽汽溫度偏高的經濟性分析

李富云,嚴正波,沈發榮

(云南電力試驗研究院(集團）有限公司電力研究院,云南 昆明 650217）

根據國內某些300MW機組普遍存在低壓缸段抽汽溫度偏高的現象,以某公司的8號機為例,采用了熱平衡及等效熱降的方法,進行了因抽汽溫度偏高對機組經濟性影響的定量分析,為發電企業的同類機組改造提供技術依據,并可為設計制造廠家提供參考。

汽輪機;低壓缸;抽汽;溫度;偏高;經濟性;性能;試驗

1 概 述

通過對大型汽輪機組的熱力性能試驗,計算機組的主要熱經濟指標,同時對機組進行節能診斷,發現機組運行存在問題,并對存在的問題進一步作定量分析,了解了這些問題對機組經濟性的影響程度,并對機組運行的節能空間進行了計算。在2010年,對國內部分300MW機組進行了熱力性能試驗,現根據測度結果,針對機組普遍存在低壓缸抽汽溫度偏高的問題,以某公司8號汽輪機組為例,進行了因抽汽溫度偏高對機組經濟性影響的定量分析,以便為提高機組運行經濟性、指導機組檢修工作提供參考。

2 300MW汽輪機組部分性能試驗數據

部分300MW汽輪機組熱力性能試驗中低壓缸段的抽汽數據,見表1所示。據了解,除了表1中列出的機組之外,其他部分機組也存在同樣的問題。從表1數據可知,部分300MW汽輪機組低壓缸抽汽溫度比設計值高很多,有的甚至高達40℃以上。通過查閱相關資料發現,很多300MW 機組也存在類似問題,對于該問題,目前并未引起發電企業及設計制造廠家的足夠重視,造成的經濟損失也并未進行定量計算,現經計算,發現因此類問題而造成的經濟損失相當巨大,若以國內全部存在該問題的300MW機組來計算,因此而造成的經濟損失總數將更為驚人。

表1 抽汽溫度試驗值與設計值比較

3 抽汽溫度偏高原因分析

一般來說,若只是單臺機組出現低壓缸抽汽溫度偏高的情況,首先應考慮是否參數測量有問題,但該類問題的普遍存在,而且參照比較抽汽點與加熱器進汽點的參數比較接近,因此抽汽參數測量錯誤可以排除。其次考慮是否由于其他外部汽流混合的影響,但查看設計圖紙資料發現,這幾臺機組的低壓缸5、6、7段抽汽均無外部汽源進入,因此外部汽源混合的影響也可排除。分析汽輪機結構后,認為問題主要存在汽缸內部,由于汽缸內部通流部分的泄漏,上一級高溫蒸汽沒有經過正常流道做功直接漏入下一級段抽汽口混合,使得下一級段抽汽溫度升高。

低壓缸內部泄漏的原因主要有三個方面:

(1）隔板與汽缸聯結處的環形間隙;

(2）隔板水平中分面存在的間隙。由于機組起停等原因產生結合面變形或低壓內缸連接螺栓松弛都會使間隙增大;

(3）隔板及動葉環形汽封間隙。在機組的啟停過程中,位于低壓缸中部的1、2、3級隔板及動葉環形汽封容易發生碰摩,使汽封間隙增大。

根據汽輪機膨脹過程中能量轉換的原理,若汽缸效率降低,蒸汽在級內做功不足,蒸汽有效焓降減小,也會導致抽汽溫度升高。從膨脹過程曲線來看(某公司8號機）,低壓缸的膨脹過程曲線明顯向右偏離,各級段熵增比設計值增大,表明低壓缸各級級內損失增加,級效率降低。膨脹曲線如圖1所示,其中修正曲線的數據僅對泄漏量進行修正得出。

圖1 汽輪機低壓缸膨脹過程曲線

4 低壓缸抽汽溫度偏高對機組經濟性的影響

該公司8號機為亞臨界、一次中間再熱、雙缸(高中壓缸合缸）雙排汽、單軸、凝汽式300MW 汽輪機,機組型號為N300-16.7/537/537-6型。分析主要引用該機組最近1次A級檢修后的熱力性能試驗結果。

在300MW試驗負荷下,測量計算得到的低壓缸效率為86.842%,比設計值89.830%低2.988%。經“等效熱降”方法計算,低壓缸效率每變化1%,影響熱耗34.052k J/kW·h,低壓缸效率偏低使熱耗降低了101.758kJ/kW·h。低壓缸效率偏低除了受機組多年運行通流部分能力下降影響之外,還受到回熱系統抽汽溫度偏高,使高品質蒸汽損失過大的影響。

根據熱平衡方法,實測汽缸效率,并考慮缸內各級段膨脹曲線設計狀況進行計算,得出異常級段的實際溫度即混合前溫度,再根據混合前、后溫度的變化,就可求出蒸汽的泄漏量,其中異常級段實際蒸汽焓值由式(1）計算:

式中:η—級段效率;

h1—進汽焓值;

h2—實際蒸汽焓值;

hi—等熵焓值。

通過計算,低壓缸新蒸汽未做功直接漏入5-7段抽汽口的流量為37.386 t/h,根據等效熱降理論進行計算,5-7段抽汽溫度偏高使機組熱耗降低了28.417kJ/kW·h,影響機組低壓缸效率降低0.84%。

根據以上計算結果,對5-7段抽汽溫度進行修正計算。對抽汽溫度偏高的修正計算中,低壓缸效率取設計值進行計算。通過泄漏量修正及缸效率修正計算的結果可以看出,修正后5-7段抽汽溫度和設計值較接近,計算結果如表2所示。

表2 泄漏量及缸效率對抽汽溫度的影響

通過計算,5-7段抽汽溫度偏高使機組熱耗降低了28.417 kJ/kW·h,折算影響機組供電煤耗為1.057g/kW·h。根據國內機組發電情況,單臺機組年發電量按15億kW·h(估計值）計算,發電煤價按500元/噸計算,則單臺機組因為低壓缸抽汽溫度偏高的影響,在1年內造成的直接經濟損失約為80萬元人民幣。

由此建議發電企業在機組大修時,應詳細檢查低壓缸進汽部件,汽封間隙及內缸結合面法蘭有否裂紋,檢查低壓缸的隔板和葉片。

5 結 語

國內300MW機組低壓缸5-7段抽汽溫度偏高現象普遍存在。缸體泄漏及缸效率降低是影響抽汽溫度偏高的重要原因之一。

抽汽溫度偏高對機組經濟性影響顯著,造成的直接經濟損失巨大,發電企業在機組大修時,應詳細檢查低壓缸進汽部件、汽封間隙及內缸結合面法蘭是否有裂紋,檢查低壓缸的隔板和葉片。

通過熱力試驗可發現汽輪機通流部分存在的問題。老機組大修前、后的熱力性能試驗,是了解汽輪機熱力性能及通流部分是否存在問題的重要手段。

[1]林萬超.火電廠熱系統定量分析[M].西安:西安交通大學出版社.1991.

[2]GB/T 8117.2-2008,汽輪機熱力性能驗收試驗規程,第二部分:方法B—各種類型和容量的汽輪機寬準確度試驗[S],2008.

[3]國際公式化委員會.水和水蒸汽性質表:工業用IAPWS-IF97方程[M].1997.

Econom ical Analysis on the Problem of Higher Extracted Steam Temperature from the LP Cylinder of 300MW Turbine

LI Fu-yun,YAN Zheng-bo,SHEN Fa-rong
(The Electric Pow er Research Institute,Yunnan Electric Pow er Test&Research Institute(G roup）Co.,Ltd.,Kunm ing,Yunnan,650217,China）

In accordance with common p rob lem of higher ex tracted steam temperature from LP cy linder of some 300MW turbines domestically,taking the examp le of the existing Unit 8 in a power p lant,the methods of thermal balance and effective heat drop have been adop ted and the quantitative analysis on the econom ica l in fluence of the higher ex tracted steam temperature on the power unit has been carried out w hich will be technically p rovided to the same type of power unit as the technical basis and as the reference for anymanufacturers.

turbine;LP cylinder;ex tracted steam;temperature;higher;economy;performance;test

TK223.7+4

B

2011-01-26

2011-04-27

李富云(1983-）,男,工程師,華北電力大學碩士,現主要從事火電廠經濟性分析評價工作。

1672-0210(2011）02-0026-03